Michael Emerson a grandi à Toledo dans l'Iowa. Il joue dans des pièces de son école mais c'est au lycée qu'il se rend compte que « de toutes les formes d'art possibles, l'art théâtral était ce qu'[il] arrivait le plus facilement et qu'[il] trouvait le plus excitant »[1]. Il se spécialise alors dans le théâtre à l'université Drake (Des Moines), où il reçoit une distinction dans l'Art théâtral[2].
En 1976, il part s'installer à New York, poussé par sa petite amie poète. Il y restera 10 ans, travaillant comme illustrateur pour des journaux tels que le Boston Globe et le New York Times[2], à défaut de trouver le moyen d'être acteur.
En 1986, il quitte New York avec sa première femme pour Jacksonville en Floride, où ils finissent par divorcer. On lui conseille d'aller auditionner pour une pièce de théâtre à l'université du Nord de la Floride et il décroche le rôle de Iago dans Othello. Son ex-métier d'illustrateur lui a donné un sens du design qu'il utilise pour concevoir les décors des pièces dans lesquelles il joue, notamment au théâtre Jacksonville, le menant jusqu'au poste de directeur technique. Il s'occupe aussi d'animer des ateliers sur Shakespeare et de donner des cours de théâtre[1].
En 1993, il part à l'Alabama Shakespeare Festival et obtient un « Professional Actor Training M.F.A. ». Il y rencontre celle qui deviendra sa femme, Carrie Preston, et la suit jusqu'à New York.
En 2001, il décroche un Emmy Award pour sa prestation dans The Practice où il tient le rôle du serial killer, William Hinks, alors que personne ne le connaît. Cela ne lui servira pourtant pas à se faire connaître du grand public : trois jours plus tard les attentats du 11 septembre 2001 concentreront toute l'attention médiatique.
Il s'éloigne alors de la télévision, et tente quelques apparitions au cinéma : un second rôle dans Le Projet Laramie, de Moisés Kaufman, dans le film d'horreur à succès Saw en 2004, puis dans le blockbuster La Légende de Zorro, de Martin Campbell. C'est néanmoins à la télévision qu'il va se confirmer.
À partir de 2006, le rôle de Benjamin Linus dans la série télévisée Lost : Les Disparus (première apparition : le quatorzième épisode de la saison 2) le propulse sur le devant de la scène médiatique internationale. Il était initialement engagé pour trois épisodes, mais les producteurs, enchantés par son interprétation, décident de lui donner une place plus importante au sein de la troisième saison et des saisons suivantes. Il décroche en 2009 un Emmy Award du meilleur second rôle pour son interprétation glaciale et charismatique.
Lorsque Lost se conclut en 2010, il travaille à une autre série (Odd Jobs) avec son ancien partenaire Terry O'Quinn, mais le projet n'aboutit pas. À la recherche d'un autre rôle, il lit un script de Jonathan Nolan et s'enthousiasme pour le concept et son personnage[3]. Depuis le est diffusée sur la chaîne CBS la série Person of Interest dans laquelle il tient le rôle de Harold Finch, un mystérieux milliardaire qui, par le passé, a conçu pour le gouvernement une machine capable de prédire les actes terroristes à New York. La série parvient à fédérer un public solide et fidèle, mais une forte baisse d'audience à la saison 4 conduit à son arrêt, au terme d'une cinquième saison raccourcie, programmée en mai-juin 2016 aux États-Unis.